最小生成樹算法——Prim和Kruskal算法的實現

Class Main

package fwn.knzw.lab;

import fwn.knzw.lab.classes.Kruskal;
import fwn.knzw.lab.classes.Prim;

public class MST_test {
		
	public static void main(String[] args) {
		MST_test mst = new MST_test();
		
		//Prim p = new Prim();
		Kruskal k = new Kruskal();
	}
	
}

Class Edge

package fwn.knzw.lab.classes;

public class Edge {
	public int start;//start node
	public int end;//end node
	public double cost;//cost
}

Class Prim

package fwn.knzw.lab.classes;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;
import fwn.knzw.lab.MST_test;

public class Prim {
	
	private static double INFINITY = 99999999.99;//define an infinity
	private double cost[][];//a matrix to store the weight of edges
	private ArrayList<Edge> edge = new ArrayList<Edge>();//a list to store edges
	private int[] near ;//to mark if a point is in the result set
	private double minCost = 0.0;//the minimum cost
	private int n;//the number of nodes
	
	public Prim(){
		init();
		prim();
		print();
	}
	
	//to initiate the graph
	public void init(){
		
		System.out.println("--MST Prim's alogrithm-------");
		
		Scanner scan = new Scanner(System.in);
		int p,q;
		double w;
		
		//input the number of nodes 
		System.out.println("Input the number of nodes:");
		n = scan.nextInt();
		
		//build matrix 'cost' and array 'near'
		cost = new double[n][n];
		near = new int[n];
		
		//initiate the cost matrix with INFINITY
		for(int i = 0; i < n; ++i){
			Arrays.fill(cost[i],INFINITY);
		}
		
		//input the edges 
		System.out.println("Input the graph(-1,-1,-1 to exit):");
		while(true){
			p = scan.nextInt();
			q = scan.nextInt();
			w = scan.nextDouble();
			if(p < 0 || q < 0 || w < 0){
				break;
			}
			cost[p][q] = w;
			cost[q][p] = w;
		}
		
		//choose the first smallest edge and add it to the set of edges
		Edge tmp = getMinCostEdge();
		edge.add(tmp);
		p = tmp.start;
		q = tmp.end;
		minCost = cost[p][q];
		
		//change the mark of every node
		for(int i = 0; i < n; i++){
			if(cost[i][p] < cost[i][q]){
				near[i] = p;
			}else{
				near[i] = q;
			}
		}
		near[p] = near[q] = -1;
	}
	
	//to look for the smallest edge
	public Edge getMinCostEdge(){
		Edge tmp = new Edge();
		double min = INFINITY;
		for(int i = 0; i < n; i++){
			for(int j = 0; j < n; j++){
				if(cost[i][j] < min){
					min = cost[i][j];
					tmp.start = i;
					tmp.end = j;
				}
			}
		}
		return tmp;
	}
	
	//the main method of Prim
	public void prim(){
		
		//to look for other n-2 edges
		for(int i = 2; i < n; i++){
			double min = INFINITY;
			Edge tmp = new Edge();
			for(int j = 0; j < n; j++){
				if(near[j] != -1 && cost[j][near[j]] < min){
					tmp.start = j;
					tmp.end = near[j];
					min = cost[j][near[j]];
				}
			}
			minCost += cost[tmp.start][tmp.end];
			edge.add(tmp);
			near[tmp.start] = -1;
			for(int k = 0; k < n; k++){
				if(near[k] != -1 && cost[k][near[k]] > cost[k][tmp.start]){
					near[k] = tmp.start;
				}
			}
		}
		if(minCost >= INFINITY){
			System.out.println("no spanning tree");
		}		
	}
	
	//to print out result
	public void print(){
		System.out.println("--Prim's result--------------");
		for(int i = 0; i < edge.size(); i++){
			Edge e = edge.get(i);
			System.out.println("the " + (i+1) + "th edge:" + e.start + "" + e.end + 
					" cost:" + cost[e.start][e.end]);
		}
		System.out.println("The minimum total cost is " + minCost);
		System.out.println("--End of Prim's--------------");
		System.out.println('\n');
	}
}

CLass Kruskal

package fwn.knzw.lab.classes;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner;

public class Kruskal {
	private ArrayList<Edge> edge = new ArrayList<Edge>();//to store all edges
	private ArrayList<Edge> target = new ArrayList<Edge>();//to store the edges of MST
	private int[] parent ;//to mark which set a point belonging to
	private static double INFINITY = 99999999.99;//define an infinity
	private double minCost = 0.0;//the minimum cost
	private int n;//the number of nodes
	
	public Kruskal(){
		init();
	    kruskal();
		print();
	}
	
	//to initiate the graph
	public void init(){
		
		System.out.println("--MST Kruskal's alogrithm----");
		
		Scanner scan = new Scanner(System.in);
		int p,q;
		double w;
		
		//input the number of nodes 
		System.out.println("Input the number of nodes:");
		n = scan.nextInt();
		
		//build array 'parent'
		parent = new int[n];
		
		//input the edges 
		System.out.println("Input the graph(-1,-1,-1 to exit):");
		while(true){
			p = scan.nextInt();
			q = scan.nextInt();
			w = scan.nextDouble();
			if(p < 0 || q < 0 || w < 0){
				break;
			}
			Edge e = new Edge();
			e.start = p;
			e.end = q;
			e.cost = w;
			edge.add(e);
		}
		
		minCost = 0.0;
		
		//mark all nodes with different numbers
		for(int i = 0; i < n; i++){
			parent[i] = i;
		}
	}
	
	//to union the sets(join all nodes in j to k)
	public void union(int j, int k){
		for(int i = 0; i < n; i++){
			if(parent[i] == j){
					parent[i] = k;
			}
		}
	}
	
	//the main method of Kruskal
	public void kruskal(){
		//to find the smallest edge and move it from 'edge' to 'target'
		int i = 0;
		while(i < n-1 && edge.size() > 0){
			double min = INFINITY;
			Edge minEdge = null;
			for(int j = 0; j < edge.size(); j++){
				Edge tmp = edge.get(j);
				if(tmp.cost < min){
					min = tmp.cost;
					minEdge = tmp;
				}
				}
			int jj = parent[minEdge.start];
			int kk = parent[minEdge.end];
			
			//only choose the edge which will not cause a ring
			if(jj != kk){
				i++;
				target.add(minEdge);
				minCost += minEdge.cost;
				union(jj,kk);
			}
			edge.remove(minEdge);
		}
		if(i != n-1){
			System.out.println("no spanning tree");
		}
	}
	//to print out result
	public void print(){
		System.out.println("--Kruskal's result-----------");
		for(int i = 0; i < target.size(); ++i){
			Edge e = target.get(i);
			System.out.println("the " + (i+1) + "th edge:" + e.start + "" + e.end + 
					" cost:" + e.cost);
		}
		System.out.println("The minimum total cost is " + minCost);
		System.out.println("--End of Kruskal's-----------");
		System.out.println('\n');
	}
}